壓力傳感器設(shè)計(jì)

1、天津工業(yè)大學(xué)傳感器及測試技術(shù)課程設(shè)計(jì)壓 力 傳 感 器姓 名 學(xué) 院 機(jī)械電子學(xué)院 專業(yè)班級(jí) 數(shù)控091、092 學(xué) 號(hào)數(shù)控091（27、21、30）數(shù)控092（25、28、20）摘 要壓力傳感器是工業(yè)實(shí)踐中最為常用的一種傳感器，其廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)自控環(huán)境，涉及水利水電、鐵路交通、智能建筑、生產(chǎn)自控、航空航天、軍工、石化、油井、電力、船舶、機(jī)床、管道等眾多行業(yè)，下面就簡單介紹一些常用傳感器原理及其應(yīng)用。另有醫(yī)用壓力傳感器。壓電傳感器中主要使用的壓電材料包括有石英、酒石酸鉀鈉和磷酸二氫胺。其中石英（二氧化硅）是一種天然晶體，壓電效應(yīng)就是在這種晶體中發(fā)現(xiàn)的，在一定的溫度范圍之內(nèi)，壓電性質(zhì)一直存在

2、，但溫度超過這個(gè)范圍之后，壓電性質(zhì)完全消失（這個(gè)高溫就是所謂的“居里點(diǎn)”）。由于隨著應(yīng)力的變化電場變化微?。ㄒ簿驼f壓電系數(shù)比較低），所以石英逐漸被其他的壓電晶體所替代。而酒石酸鉀鈉具有很大的壓電靈敏度和壓電系數(shù)，但是它只能在室溫和濕度比較低的環(huán)境下才能夠應(yīng)用。磷酸二氫胺屬于人造晶體，能夠承受高溫和相當(dāng)高的濕度，所以已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。在現(xiàn)在壓電效應(yīng)也應(yīng)用在多晶體上，比如現(xiàn)在的壓電陶瓷，包括鈦酸鋇壓電陶瓷、PZT、鈮酸鹽系壓電陶瓷、鈮鎂酸鉛壓電陶瓷等等。壓電效應(yīng)是壓電傳感器的主要工作原理，壓電傳感器不能用于靜態(tài)測量，因?yàn)榻?jīng)過外力作用后的電荷，只有在回路具有無限大的輸入阻抗時(shí)才得到保存。實(shí)際的情

3、況不是這樣的，所以這決定了壓電傳感器只能夠測量動(dòng)態(tài)的應(yīng)力。壓電傳感器主要應(yīng)用在加速度、壓力和力等的測量中。壓電式加速度傳感器是一種常用的加速度計(jì)。它具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、使用壽命長等優(yōu)異的特點(diǎn)。壓電式加速度傳感器在飛機(jī)、汽車、船舶、橋梁和建筑的振動(dòng)和沖擊測量中已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，特別是航空和宇航領(lǐng)域中更有它的特殊地位。壓電式傳感器也可以用來測量發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部燃燒壓力的測量與真空度的測量。也可以用于軍事工業(yè)，例如用它來測量槍炮子彈在膛中擊發(fā)的一瞬間的膛壓的變化和炮口的沖擊波壓力。它既可以用來測量大的壓力，也可以用來測量微小的壓力。除了壓電傳感器之外，還有利用壓阻效應(yīng)制造出來的壓阻傳感器，利

4、用應(yīng)變效應(yīng)的應(yīng)變式傳感器等，這些不同的壓力傳感器利用不同的效應(yīng)和不同的材料，在不同的場合能夠發(fā)揮它們獨(dú)特的用途。關(guān)鍵字：定義；簡介；工作原理；醫(yī)用壓力傳感器；壓電壓力傳感器；陶瓷壓力傳感器；擴(kuò)散硅壓力傳感器；藍(lán)寶石壓力傳感器；工業(yè)壓力傳感器目 錄第一章 壓力傳感器1.1壓力傳感器的簡介 1科技名詞定義1定義11.2簡介 1第二章 壓力傳感器的工作原理2.1工作原理 2第三章 壓力傳感器的應(yīng)用實(shí)例3.1醫(yī)用壓力傳感器7適用范圍 7結(jié)構(gòu)規(guī)格 7安裝程序 7藥液填充 8調(diào)零校準(zhǔn) 8使用禁忌 93.2工業(yè)壓力傳感器9實(shí)際應(yīng)用 9電阻應(yīng)變片的工作原理 103.3陶瓷壓力傳感器 113.4擴(kuò)散硅壓力傳感器

5、113.5藍(lán)寶石壓力傳感器113.6壓電壓力傳感器 12 傳感器課程設(shè)計(jì)（論文） 第一章 壓力傳感器1.1壓力傳感器的簡介科技名詞定義中文名稱：壓力傳感器英文名稱： pressure transducer定義：能感受壓力并轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的傳感器。所屬學(xué)科： 機(jī)械工程（一級(jí)學(xué)科）；傳感器（二級(jí)學(xué)科）；物理量傳感器（三級(jí)學(xué)科）定義 壓力傳感器是工業(yè)實(shí)踐中最為常用的一種傳感器，其廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)自控環(huán)境，涉及水利水電、鐵路交通、智能建筑、生產(chǎn)自控、航空航天、軍工、石化、油井、電力、船舶、機(jī)床、管道等眾多行業(yè)，下面就簡單介紹一些常用傳感器原理及其應(yīng)用。另有醫(yī)用壓力傳感器。1.2簡介壓力傳感器是工

6、業(yè)實(shí)踐中最為常用的一種傳感器，而我們通常使用的壓力傳感器主要是利用壓電效應(yīng)制造而成的，這樣的傳感器也稱為壓電傳感器。我們知道，晶體是各向異性的，非晶體是各向同性的。某些晶體介質(zhì)，當(dāng)沿著一定方向受到機(jī)械力作用發(fā)生變形時(shí)，就產(chǎn)生了極化效應(yīng)；當(dāng)機(jī)械力撤掉之后，又會(huì)重新回到不帶電的狀態(tài)，也就是受到壓力的時(shí)候，某些晶體可能產(chǎn)生出電的效應(yīng)，這就是所謂的極化效應(yīng)?？茖W(xué)家就是根據(jù)這個(gè)效應(yīng)研制出了壓力傳感器。壓電傳感器中主要使用的壓電材料包括有石英、酒石酸鉀鈉和磷酸二氫胺。其中石英（二氧化硅）是一種天然晶體，壓電效應(yīng)就是在這種晶體中發(fā)現(xiàn)的，在一定的溫度范圍之內(nèi)，壓電性質(zhì)一直存在，但溫度超過這個(gè)范圍之后，壓電性質(zhì)

7、完全消失（這個(gè)高溫就是所謂的“居里點(diǎn)”）。由于隨著應(yīng)力的變化電場變化微小（也就說壓電系數(shù)比較低），所以石英逐漸被其他的壓電晶體所替代。而酒石酸鉀鈉具有很大的壓電靈敏度和壓電系數(shù)，但是它只能在室溫和濕度比較低的環(huán)境下才能夠應(yīng)用。磷酸二氫胺屬于人造晶體，能夠承受高溫和相當(dāng)高的濕度，所以已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。在現(xiàn)在壓電效應(yīng)也應(yīng)用在多晶體上，比如現(xiàn)在的壓電陶瓷，包括鈦酸鋇壓電陶瓷、PZT、鈮酸鹽系壓電陶瓷、鈮鎂酸鉛壓電陶瓷等等。壓電效應(yīng)是壓電傳感器的主要工作原理，壓電傳感器不能用于靜態(tài)測量，因?yàn)榻?jīng)過外力作用后的電荷，只有在回路具有無限大的輸入阻抗時(shí)才得到保存。實(shí)際的情況不是這樣的，所以這決定了壓電傳感

8、器只能夠測量動(dòng)態(tài)的應(yīng)力。壓電傳感器主要應(yīng)用在加速度、壓力和力等的測量中。壓電式加速度傳感器是一種常用的加速度計(jì)。它具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、使用壽命長等優(yōu)異的特點(diǎn)。壓電式加速度傳感器在飛機(jī)、汽車、船舶、橋梁和建筑的振動(dòng)和沖擊測量中已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，特別是航空和宇航領(lǐng)域中更有它的特殊地位。壓電式傳感器也可以用來測量發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部燃燒壓力的測量與真空度的測量。也可以用于軍事工業(yè)，例如用它來測量槍炮子彈在膛中擊發(fā)的一瞬間的膛壓的變化和炮口的沖擊波壓力。它既可以用來測量大的壓力，也可以用來測量微小的壓力。壓電式傳感器也廣泛應(yīng)用在生物醫(yī)學(xué)測量中，比如說心室導(dǎo)管式微音器就是由壓電傳感器制成的，因?yàn)闇y量

9、動(dòng)態(tài)壓力是如此普遍，所以壓電傳感器的應(yīng)用就非常廣。除了壓電傳感器之外，還有利用壓阻效應(yīng)制造出來的壓阻傳感器，利用應(yīng)變效應(yīng)的應(yīng)變式傳感器等，這些不同的壓力傳感器利用不同的效應(yīng)和不同的材料，在不同的場合能夠發(fā)揮它們獨(dú)特的用途。第二章 壓力傳感器的工作原理2.1工作原理半導(dǎo)體壓電阻抗擴(kuò)散壓力傳感器是在薄片表面形成半導(dǎo)體變形壓力，通過外力（壓力）使薄片變形而產(chǎn)生壓電阻抗效果，從而使阻抗的變化轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。靜電容量型壓力傳感器，是將玻璃的固定極和硅的可動(dòng)極相對(duì)而形成電容，將通過外力（壓力）使可動(dòng)極變形所產(chǎn)生的靜電容量的變化轉(zhuǎn)換成電氣信號(hào)。 （E8Y的動(dòng)作原理便是靜電容量方式，其他機(jī)種采用半導(dǎo)體方式）。溫

10、度傳感器壓力傳感器圖2 壓力傳感器原理圖第三章 壓力傳感器的應(yīng)用實(shí)例3.1醫(yī)用壓力傳感器適用范圍用于對(duì)人體有創(chuàng)血壓如動(dòng)脈壓、中心靜脈壓、肺動(dòng)脈壓、左冠狀動(dòng)脈壓多種壓力進(jìn)行監(jiān)測，直接獲得血壓這一生理參數(shù)，為臨床對(duì)疾病的診斷、治療和預(yù)后估計(jì)提供客觀依據(jù)。結(jié)構(gòu)規(guī)格選用醫(yī)用級(jí)聚碳酸脂、聚氯乙烯作為傳感器主體及測壓連接管的材料。包裝規(guī)格為CH-DPT-248、CH-DPT-248、CH-DPT-248。安裝程序1） 連接壓力傳感器系統(tǒng)前打開監(jiān)護(hù)儀。2） 采用消毒措施打開包裝，確認(rèn)所有的接口安全密封以及三通閥等輔件工作狀態(tài)良好。注意：連接接頭時(shí)，不要擰得太緊。常規(guī)/醫(yī)用壓力傳感器FOP-M3） 旋塞閥的所

11、有通口都應(yīng)蓋有孔的保護(hù)帽，直到傳感器系統(tǒng)內(nèi)注滿肝素生理鹽水溶液和排盡氣泡后，才更換成無孔的保護(hù)帽。4） 把壓力傳感器連接到監(jiān)護(hù)儀上，按照監(jiān)護(hù)儀說明把監(jiān)護(hù)儀調(diào)零。注意：a）如無法調(diào)零，請(qǐng)更換傳感器重新調(diào)零；如果調(diào)零不成功，請(qǐng)檢查電纜連線、監(jiān)護(hù)儀等是否正常。b）在安裝DPT-248、CH-DPT-248傳感器時(shí)，要用顏色編碼來鑒別血壓類型：紅色-動(dòng)脈壓；藍(lán)色-中心靜脈壓；黃色-肺動(dòng)脈壓；綠色-左冠狀動(dòng)脈壓；白色-其他。5） 用肝素生理鹽水沖洗管路，并排盡管路中的空氣。注意：管路不得有氣泡殘留。6） 待所有管路中填充肝素生理鹽水后，將傳感器系統(tǒng)連接到人體。藥液填充1） 遵照醫(yī)師說明，在一個(gè)密閉的輸液

12、袋中準(zhǔn)備肝素生理鹽水（通常是0.9%的生理鹽水加一定體積的水成肝磷脂）。2） 打開已消毒好的傳感器包，核實(shí)所有的接頭均是安全的且所有的三通閥旋紐均是在所期望的位置。3） 將輸液器插頭插入輸液袋中，打開流量調(diào)節(jié)器（滾動(dòng)止流夾），輕輕擠壓輸液袋，同時(shí)擠壓傳感器沖洗閥，直到將所有空氣都排出輸液器及所有管路。4） 關(guān)閉流量調(diào)節(jié)器（滾動(dòng)止流夾），將輸液器放入壓力護(hù)套中并懸掛在距離病人約2英尺高的掛桿上。注意：此時(shí)不要給輸液袋加壓。5） 仔細(xì)檢查系統(tǒng)中所有充入液體的部分，確認(rèn)所有的氣泡均已被排出。6） 將輸液袋加壓到300mmHg，如果仍有氣泡殘留在系統(tǒng)中，擠壓沖洗閥除去系統(tǒng)中所有的空氣。7） 將系統(tǒng)中三

13、通閥的所有未使用的通道上的保護(hù)帽全部換成無孔保護(hù)帽。8） 將傳感器系統(tǒng)連接到病人身上，再次沖洗系統(tǒng)以便除去管路中的血液。為避免沖洗時(shí)氣泡或管路中的血液凝血回到患者，要確保管路中沖入液體并且允許少量血液通過導(dǎo)管回流的現(xiàn)象。調(diào)零校準(zhǔn)1） 建議將壓力傳感器及其三通閥置于腋中線水平，這個(gè)三通是用來通氣和傳感器調(diào)零的。2） 核準(zhǔn)三通閥上的保護(hù)帽為有孔的，將傳感器與監(jiān)護(hù)儀連接起來，并按照監(jiān)護(hù)儀說明，將傳感器在大氣條件下調(diào)零。3） 監(jiān)護(hù)儀調(diào)零后，關(guān)閉三通閥與空氣連通口，并蓋上無孔保護(hù)帽。浙江辰和醫(yī)療4） 用方波檢測系統(tǒng)的動(dòng)力反應(yīng)。動(dòng)力反應(yīng)測試應(yīng)在沖洗管路、排盡氣泡并與患者相連接調(diào)零和校準(zhǔn)等一系列操作后實(shí)施。

14、注意：系統(tǒng)需要大約一分鐘的平衡過程，然后施行小滴量檢查沖洗閥是否良好，用肉眼觀察是否有泄露。安裝30分鐘后要定期檢查，確保輸液袋壓力正常、流量正常并無泄露。因任何小的泄露可能導(dǎo)致監(jiān)護(hù)儀讀數(shù)錯(cuò)誤。5）系統(tǒng)調(diào)零校準(zhǔn)正常后，按需要進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測。使用禁忌對(duì)已知出血性疾病者應(yīng)特別注意。連續(xù)使用不得超過7天。3.2工業(yè)壓力傳感器實(shí)際應(yīng)用CBM-2100投入型壓力傳感器力學(xué)傳感器的種類繁多，如電阻應(yīng)變片壓力傳感器、半導(dǎo)體應(yīng)變片壓力傳感器、壓阻式壓力傳感器、電感式壓力傳感器、電容式壓力傳感器、諧振式壓力傳感器及電容式加速度傳感器等。但應(yīng)用最為廣泛的是壓阻式壓力傳感器，它具有極低的價(jià)格和較高的精度以及較好的線性

15、特性。下面我們主要介紹這類傳感器。在了解壓阻式力傳感器時(shí)，我們首先認(rèn)識(shí)一下電阻應(yīng)變片這種元件。電阻應(yīng)變片是一種將被測件上的應(yīng)變變化轉(zhuǎn)換成為一種電信號(hào)的敏感器件。它是壓阻式應(yīng)變傳感器的主要組成部分之一。電阻應(yīng)變片應(yīng)用最多的是金屬電阻應(yīng)變片和半導(dǎo)體應(yīng)變片兩種。金屬電阻應(yīng)變片又有絲狀應(yīng)變片和金屬箔狀應(yīng)變片兩種。通常是將應(yīng)變片通過特殊的粘和劑緊密的粘合在產(chǎn)生力學(xué)應(yīng)變基體上，當(dāng)基體受力發(fā)生應(yīng)力變化時(shí)，電阻應(yīng)變片也一起產(chǎn)生形變，使應(yīng)變片的阻值發(fā)生改變，從而使加在電阻上的電壓發(fā)生變化。這種應(yīng)變片在受力時(shí)產(chǎn)生的阻值變化通常較小，一般這種應(yīng)變片都組成應(yīng)變電橋，并通過后續(xù)的儀表放大器進(jìn)行放大，再傳輸給處理電路（通

16、常是A/D 轉(zhuǎn)換和CPU ）顯示或執(zhí)行機(jī)構(gòu)。醫(yī)學(xué)常用的壓力參數(shù)有：血壓、顱內(nèi)壓、眼內(nèi)壓、腸內(nèi)壓、肺泡壓等，其中最常規(guī)的測量內(nèi)容是血壓(Blood Pressure,BP)。醫(yī)學(xué)上測量的血壓有動(dòng)脈壓、靜脈壓和心內(nèi)壓（包括心室壓、心房壓）等，每種壓力信號(hào)又包括：收縮壓、舒張壓、平均壓。血管內(nèi)的血液在血管壁單位面積上垂直作用的力，稱為血壓。當(dāng)人的心臟收縮時(shí)，動(dòng)脈內(nèi)的壓力最高，此時(shí)內(nèi)壁的壓力稱為收縮壓，亦稱高壓；心室舒張時(shí)，主動(dòng)脈壓下降，在心舒末期動(dòng)脈血壓的最低值稱為舒張壓，也稱為低壓。血壓的測量，就是采用某種方法檢測和記錄血壓的收縮壓、舒張壓等數(shù)e 以及測量血壓的動(dòng)態(tài)變化。血壓的數(shù)值一艙表示為絕對(duì)壓

17、力與大氣壓之差。血壓測量的壓力范圍為 0 300mmHg。皿壓測量的頻串范圍通常為 0 20Hz。在常規(guī)的臨床檢查中，常常采用人工方式，使用由氣袖、壓力計(jì)和聽診5B等部分組成肋脈K 計(jì)，間接測量人體的收縮壓和舒張壓。與此同時(shí)在心血管功能檢查、病人監(jiān)護(hù)、生理實(shí)驗(yàn)、以及體格檢查中，廣泛使用帶有各種血壓傳感器的電血壓計(jì)，盡管這種儀器十分的準(zhǔn)確，技術(shù)十分成熟，但是仍存在諸如攜帶不方便，讀數(shù)困難，患者基本不能自測等弊病。德國的赫曼腕式血壓計(jì)，通過大規(guī)模集成電路，通過往腕帶中充氣加壓，再通過傳感器使得壓力信號(hào)轉(zhuǎn)化成為電信號(hào)，這樣不僅大大縮小了總體積，還配上一個(gè)脈搏傳感器，就可以在測量血壓的同時(shí)完成測量心跳

18、，單位換算等諸多功能，十分方便，為患者自行診斷提供了可能。電阻應(yīng)變片的工作原理金屬電阻應(yīng)變片的工作原理是吸附在基體材料上應(yīng)變電阻隨機(jī)械形變而產(chǎn)生阻值變化的現(xiàn)象，俗稱為電阻應(yīng)變效應(yīng)。金屬導(dǎo)體的電阻值可用下式表示：式中：金屬導(dǎo)體的電阻率（。cm2/m ）S 導(dǎo)體的截面積（cm2 ）L 導(dǎo)體的長度（m ）我們以金屬絲應(yīng)變電阻為例，當(dāng)金屬絲受外力作用時(shí)，其長度和截面積都會(huì)發(fā)生變化，CBM-3000通用型壓力傳感器從上式中可很容易看出，其電阻值即會(huì)發(fā)生改變，假如金屬絲受外力作用而伸長時(shí)，其長度增加，而截面積減少，電阻值便會(huì)增大。當(dāng)金屬絲受外力作用而壓縮時(shí)，長度減小而截面增加，電阻值則會(huì)減小。只要測出加在

19、電阻的變化（通常是測量電阻兩端的電壓），即可獲得應(yīng)變金屬絲的應(yīng)變情況。3.3陶瓷壓力傳感器鼎興壓阻式壓力傳感器抗腐蝕的陶瓷壓力傳感器沒有液體的傳遞，壓力直接作用在陶瓷膜片的前表面，使膜片產(chǎn)生微小的形變，厚膜電阻印刷在陶瓷膜片的背面，連接成一個(gè)惠斯通電橋（閉橋），由于壓敏電阻的壓阻效應(yīng)，使電橋產(chǎn)生一個(gè)與壓力成正比的高度線性、與激勵(lì)電壓也成正比的電壓信號(hào)，標(biāo)準(zhǔn)的信號(hào)根據(jù)壓力量程的不同標(biāo)定為2.0 / 3.0 / 3.3 mV/V等，可以和應(yīng)變式傳感器相兼容。通過激光標(biāo)定，傳感器具有很高的溫度穩(wěn)定性和時(shí)間穩(wěn)定性，傳感器自帶溫度補(bǔ)償0 70，并可以和絕大多數(shù)介質(zhì)直接接觸。陶瓷是一種公認(rèn)的高彈性、抗腐蝕

20、、抗磨損、抗沖擊和振動(dòng)的材料。陶瓷的熱穩(wěn)定特性及它的厚膜電阻可以使它的工作溫度范圍高達(dá)-40 135 ，而且具有測量的高精度、高穩(wěn)定性。電氣絕緣程度2kV，輸出信號(hào)強(qiáng)，長期穩(wěn)定性好。高特性，低價(jià)格的陶瓷傳感器將是壓力傳感器的發(fā)展方向，在歐美國家有全面替代其它類型傳感器的趨勢，在中國也越來越多的用戶使用陶瓷傳感器替代擴(kuò)散硅壓力傳感器。3.4擴(kuò)散硅壓力傳感器TBP-1擴(kuò)散硅無腔壓力傳感器工作原理被測介質(zhì)的壓力直接作用于傳感器的膜片上（不銹鋼或陶瓷），使膜片產(chǎn)生與介質(zhì)壓力成正比的微位移，使傳感器的電阻值發(fā)生變化，和用電子線路檢測這一變化，并轉(zhuǎn)換輸出一個(gè)對(duì)應(yīng)于這一壓力的標(biāo)準(zhǔn)測量信號(hào)。3.5藍(lán)寶石壓力傳

21、感器利用應(yīng)變電阻式工作原理，采用硅- 藍(lán)寶石作為半導(dǎo)體敏感元件，具有無與倫比的計(jì)特性。藍(lán)寶石系由單晶體絕緣體元素組成，不會(huì)發(fā)生滯后、疲勞和蠕變現(xiàn)象；藍(lán)寶石比硅要堅(jiān)固，硬度更高，不怕形變；藍(lán)寶石有著非常好的彈性和絕緣特性（1000 OC 以內(nèi)），因此，利用硅- 藍(lán)寶石制造的半導(dǎo)體敏感元件，對(duì)溫度變化不敏感，即使在高溫條件下，也有著很好的工作特性；藍(lán)寶石的抗輻射特性極強(qiáng)；另外，硅- 藍(lán)寶石半導(dǎo)體敏感元件，無p-n 漂移，因此，從根本上簡化了制造工藝，提高了重復(fù)性，確保了高成品率。用硅- 藍(lán)寶石半導(dǎo)體敏感元件制造的壓力傳感器和變送器，可在最惡劣的工作條件下正常工作，并且可靠性高、精度好、溫度誤差極小

22、、性價(jià)比高。表壓壓壓力傳感器和變送器由雙膜片構(gòu)成：鈦合金測量膜片和鈦合金接收膜片。印刷有異質(zhì)外延性應(yīng)變靈敏電橋電路的藍(lán)寶石薄片，被焊接在鈦合金測量膜片上。被測壓力傳送到接收膜片上（接收膜片與測量膜片之間用拉桿堅(jiān)固的連接在一起）。在壓力的作用下，鈦合金接收膜片產(chǎn)生形變，該形變被硅- 藍(lán)寶石敏感元件感知后，其電橋輸出會(huì)發(fā)生變化，變化的幅度與被測壓力成正比。傳感器的電路能夠保證應(yīng)變電橋電路的供電，并將應(yīng)變電橋的失衡信號(hào)轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一的電信號(hào)輸出（0-5 ，4-20mA或0-5V）。在絕壓壓力傳感器和變送器中，藍(lán)寶石薄片，與陶瓷基極玻璃焊料連接在一起，起到了彈性元件的作用，將被測壓力轉(zhuǎn)換為應(yīng)變片形變，從而

23、達(dá)到壓力測量的目的。3.6壓電壓力傳感器壓電傳感器中主要使用的壓電材料包括有石英、酒石酸鉀鈉和磷酸二氫胺。其中石英（二氧化硅）是一種天然晶體，壓電效應(yīng)就是在這種晶體中發(fā)現(xiàn)的，在一定的溫度范圍之內(nèi)，壓電性質(zhì)一直存在，但溫度超過這個(gè)范圍之后，壓電性質(zhì)完全消失（這個(gè)高溫就是所謂的“居里點(diǎn)”）。由于隨著應(yīng)力的變化電場變化微?。ㄒ簿驼f壓電系數(shù)比較低），所以石英逐漸被其他的壓電晶體所替代。而酒石酸鉀鈉具有很大的壓電靈敏度和壓電系數(shù)，但是它只能在室溫和濕度比較低的環(huán)境下才能夠應(yīng)用。磷酸二氫胺屬于人造晶體，能夠承受高溫和相當(dāng)高的濕度，所以已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。現(xiàn)在壓電效應(yīng)也應(yīng)用在多晶體上，比如現(xiàn)在的壓電陶瓷，

24、包括鈦酸鋇壓電陶瓷、PZT 、鈮酸鹽系壓電陶瓷、鈮鎂酸鉛壓電陶瓷等等。壓電效應(yīng)是壓電傳感器的主要工作原理，壓電傳感器不能用于靜態(tài)測量，因?yàn)榻?jīng)過外力作用后的電荷，只有在回路具有無限大的輸入阻抗時(shí)才得到保存。實(shí)際的情況不是這樣的，所以這決定了壓電傳感器只能夠測量動(dòng)態(tài)的應(yīng)力。壓電傳感器主要應(yīng)用在加速度、壓力和力等的測量中。壓電式加速度傳感器是一種常用的加速度計(jì)。它具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、使用壽命長等優(yōu)異的特點(diǎn)。壓電式加速度傳感器在飛機(jī)、汽車、船舶、橋梁和建筑的振動(dòng)和沖擊測量中已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，特別是航空和宇航領(lǐng)域中更有它的特殊地位。壓電式傳感器也可以用來測量發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部燃燒壓力的測量與真空度

25、的測量。也可以用于軍事工業(yè)，例如用它來測量槍炮子彈在膛中擊發(fā)的一瞬間的膛壓的變化和炮口的沖擊波壓力。它既可以用來測量大的壓力，也可以用來測量微小的壓力。壓電式傳感器也廣泛應(yīng)用在生物醫(yī)學(xué)測量中，比如說心室導(dǎo)管式微音器就是由壓電傳感器制成的，因?yàn)闇y量動(dòng)態(tài)壓力是如此普遍，所以壓電傳感器的應(yīng)用就非常廣泛。結(jié)構(gòu)金屬電阻應(yīng)變片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1 所示，是電阻應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)示意圖，它由基體材料、金屬應(yīng)變絲或應(yīng)變箔、絕緣保護(hù)片和引出線等部分組成。根據(jù)不同的用途，電阻應(yīng)變片的阻值可以由設(shè)計(jì)者設(shè)計(jì)，但電DX140微型壓力傳感器阻的取值范圍應(yīng)注意：阻值太小，所需的驅(qū)動(dòng)電流太大，同時(shí)應(yīng)變片的發(fā)熱致使本身的溫度過高，不同的

26、環(huán)境中使用，使應(yīng)變片的阻值變化太大，輸出零點(diǎn)漂移明顯，調(diào)零電路過于復(fù)雜。而電阻太大，阻抗太高，抗外界的電磁干擾能力較差。一般均為幾十歐至幾十千歐左右。原則現(xiàn)代傳感器在原理與結(jié)構(gòu)上千差萬別，如何根據(jù)具體的測量目的、測量對(duì)象以及測量環(huán)境合理地選用傳感器，是在進(jìn)行某個(gè)量的測量時(shí)首先要解決的問題。當(dāng)傳感器確定之后，與之相配套的測量方法和測量設(shè)備也就可以確定了。測量結(jié)果的成敗，在很大程度上取決于傳感器的選用是否合理。1、根據(jù)測量對(duì)象與測量環(huán)境確定傳感器的類型要進(jìn)行個(gè)具體的測量工作，首先要考慮采用何種原理的傳感器，這需要分析多方面的因素之后才能確定。因?yàn)椋词故菧y量同一物理量，也有多種原理的傳感器可供選用

27、，哪一種原理的傳感器更為合適，則需要根據(jù)被測量的特點(diǎn)和傳感器的使用條件考慮以下一些具體問題：量程的大小；被測位置對(duì)傳感器體積的要求；測量方式為接觸式還是非接觸式；信號(hào)的引出方法，有線或是非接觸測量；傳感器的來源，國產(chǎn)還是進(jìn)口，價(jià)格能否承受，還是自行研制。在考慮上述問題之后就能確定選用何種類型的傳感器，然后再考慮傳感器的具體性能指標(biāo)。2、靈敏度的選擇通常，在傳感器的線性范圍內(nèi)，希望傳感器的靈敏度越高越好。因?yàn)橹挥徐`敏度高時(shí)，與被測量變化對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)的值才比較大，有利于信號(hào)處理。但要注意的是，傳感器的靈敏度高，與被測量無關(guān)的外界噪聲也容易混入，也會(huì)被放大系統(tǒng)放大，影響測量精度。因此，要求傳感器本

28、身應(yīng)具有較高的信噪比，盡量減少從外界引入的廠擾信號(hào)。傳感器的靈敏度是有方向性的。當(dāng)被測量是單向量，而且對(duì)其方向性要求較高，則應(yīng)選擇其它方向靈敏度小的傳感器；如果被測量是多維向量，則要求傳感器的交叉靈敏度越小越好。3、頻率響應(yīng)特性傳感器的頻率響應(yīng)特性決定了被測量的頻率范圍，必須在允許頻率范圍內(nèi)保持不失真的測量條件，實(shí)際上傳感器的響應(yīng)總有定延遲，希望延遲時(shí)間越短越好。傳感器的頻率響應(yīng)高，可測的信號(hào)頻率范圍就寬，而由于受到結(jié)構(gòu)特性的影響，機(jī)械系統(tǒng)的慣性較大，因有頻率低的傳感器可測信號(hào)的頻率較低。在動(dòng)態(tài)測量中，應(yīng)根據(jù)信號(hào)的特點(diǎn)(穩(wěn)態(tài)、瞬態(tài)、隨機(jī)等)響應(yīng)特性，以免產(chǎn)生過火的誤差。4、線性范圍傳感器的線形范圍是指輸出與輸入成正比的范圍。以理論上講，在此范圍內(nèi)，靈敏度保持定值。傳感器的線性范圍越寬，則其量程越大，并且能保證一定的測量精度。在選擇傳感器時(shí)，當(dāng)傳感器的種類確定以后首先要看其量程是否滿足要求。但實(shí)際上，任何傳感器都不能保證絕對(duì)的線性，其線性度也是相對(duì)的。當(dāng)所要求測量精度比較低時(shí)，在一定的范圍內(nèi)，可將非線性誤差較小的傳感器近似看作線性的，這會(huì)給測量帶來極大的方便。5、穩(wěn)定性傳感器使用一段時(shí)間后，其性能保持不變化的能力稱為穩(wěn)定性。影響傳感器長期穩(wěn)定性的因素除傳感器本身結(jié)構(gòu)外，主要是傳感器的使用環(huán)境。因此，要使傳感器具有良好的穩(wěn)定性，傳感器必須要有較強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)能力。在選擇傳感器